氮气置换1试验方法与过程1.1样品选取与处理实验煤样采集于安鹤矿区鹤壁六矿二1煤层，将采集的原煤破碎、研磨和筛分。粒径60~80目的样品用于高压氮气置换和低温液氮吸附实验，粒径80目以上样品用于工业分析实验。工业分析实验按照***标准GB/T 212-2008《煤的工业分析方法》进行，工业分析结果见表1。从表1可知，燃气管道氮气置换氧含量，鹤壁六矿二1煤层煤样灰分质量分数和挥发分产率分别为11.34%和16.68%，属于低灰分贫煤—瘦煤。表1工业分析结果Table 1 Results of proximate analysis煤层水分Mad/%灰分Ad/%挥发分Vdaf/%固定碳FCad/%二1 0.79 11.34 16.68 73.291.2低温液氮吸附实验为探究高压氮气吸附过程对煤中孔隙发育规模和结构的影响，在高压氮气置换实验前、后分别对煤样进行了低温液氮吸附实验，2种煤样的编号分别为HBQ和HBH。测试仪器为ASAP2020比表面积测定仪，分别利用BET、T模型，计算分析1.14~300 nm孔径段孔容和比表面积的发育规模及其孔径分布情况。实验温度为高压氮气置换实验高压氮气置换实验采用ISO-300等温吸附解吸仪。实验前首先使用精密天平准确称量和记录60~80目的煤样，按照要求装入样品缸，接着进行仪器的气密性检查和自由体积测定，然后按照实验方案进行高压氮气置换实验，实验温度为25℃。实验过程分为3个阶段:吸附阶段、高压注入氮气阶段和解吸阶段。吸附阶段设有6个目标压力点，注入氮气阶段设有2个目标压力点(8 MPa和10 MPa);解吸阶段设8个目标压力点。每个压力点平衡时间不少于12 h。2试验原理与分析结果2.1等温吸附实验图1为整个实验过程的吸附–解吸曲线，其包括了吸附、注入氮气置换、混合气体解吸三个阶段。基于不同压力下CH4的吸附量和Langmuir方程计算得出煤样的Langmuir体积为
***管道氮气置换1) 试压、置换前的准备工作 ①成立球罐开罐检查( 试压、置换) 工作***小组， 明确具体的 分工， 各负其责。 ②经过多方研究讨论， 确定了试压、置换方案， 并制定了实施细 则和具体措施， 打印成文以便遵照实施。 ③对与球罐相联接的管道和设备进行了试压， 对阀门、法兰、焊 缝等各种设备和联接处都进行认真细致的检查， 对有泄漏之处进行 处理。④联接好试压、置换工作所需用的临时管道和设备。如加气管、 排气管、空压机等; 并作好其它一切有关的安全防范物质准备工作。 ( 2) 试压及置换工艺流程 ①在球罐的排污阀( 6) 之后，管道置换氮气， 加一短节。短节一端采用法兰联 接， 另一端盲死; 在短节两侧各焊一加气管， 并装上控制阀( 7 或 8) 加以控制， 它们与空压机( 9) 相连。 ②以球罐的进( 出) 气管作为置换的进气管，管道氮气置换， 球罐上的安全放 空、增设的加气管( 卸下空压机后) 作为空气的放空管， 也可作为取 样点。
煤层气的开采利用对我国能源结构改善和煤矿安全生产具有十分重要的意义，长输管道氮气置换，但我国煤层的渗透率和储层压力普遍偏低，不利于煤层气的运移和产出，因此改善煤储层的渗透性是煤层气开发的关键环节。水力压裂是一种常用的储层强化增透改造的技术，通过向煤层中注入高压流体，使原有裂隙扩展或形成新的裂隙，提高煤储层气体的导流能力。对于低压、低孔和低渗的煤层，可采用氮气泡沫压裂对煤层进行改造。为探究压裂液中氮气提高煤层气产量的机理，相关学者从多元气体吸附[1-2]、煤基质变形[3-5]和渗透率变化[6-8]等方面开展了相关的研究工作，发现煤对不同气体的吸附能力具有差异性，气体的吸附和解吸会引起煤基质的变形，从而导致煤储层渗透性的改变。研究表明，氮气的吸附与解吸过程是可逆的，可作为水力压裂理想的伴注气体[9]。氮气泡沫压裂不仅能促使煤层产生新的裂隙，提高煤储层的导流能力，而且可以通过气体置换驱替作用提高煤层气的采收率。相关学者从注氮煤层气增产机理[10-11]、采收率提高[12]等方面做了相关研究，并且进行了现场的工业应用[13]。煤层的渗透性取决于煤层中孔裂隙发育规模、分布与连通性，为了探究泡沫压裂过程中高压氮气对煤中孔隙结构的影响，笔者选取安鹤矿区鹤壁六矿二1煤层样品进行注入高压氮气置换吸附/解吸实验，利用低温液氮吸附方法测定了实验前后煤中孔隙的发育规模、结构与形态的变化，通过多种分析模型的精细研究，以期揭示泡沫压裂工艺中氮气的增透机理。
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